文献解读：星形胶质细胞GPR30在雌性小鼠学习记忆中的关键作用
2023-11-10 来源:本站 点击次数:1281
绝经期女性由于卵巢功能衰退、雌激素分泌不足会导致一系列神经内分泌失调症状，如植物神经功能紊乱、生殖系统萎缩等，还可能出现一些生理和心理方面的变化，包括学习记忆能力下降、睡眠障碍以及焦虑和抑郁等，这些症状又被统称为更年期综合征。
激素替代疗法（Hormone replacement therapy, HRT）是血管舒缩、泌尿生殖道萎缩等更年期症状最有效的治疗方法，但由于其明显的副作用并不适用于绝经期女性学习和记忆能力下降的治疗。
2023年9月15日，空军军医大学刘水冰/招明高教授团队在The Journal of Clinical Investigation杂志上发表题为PJA1 mediates the effects of astrocytic GPR30 on learning and memory in female mice的研究论文，该研究发现星形胶质细胞上表达的雌激素膜受体G蛋白偶联受体30（G protein-coupled receptor 30）在雌性小鼠的学习和记忆能力中发挥关键作用，并确定GPR30/PJA1/Serpina3n是围绝经期和绝经后女性学习和记忆减退的潜在治疗靶点。
雌激素通过经典的雌激素受体ERα和ERβ，以及特异性膜受体GPR30（也被称为G蛋白偶联雌激素受体1；G protein-coupled estrogen receptor 1, GPER1）来影响认知功能。然而，长期使用雌激素会增加心血管疾病、血管栓塞性疾病、乳腺癌和子宫内膜癌的发病风险，其激活ERα和ERβ会促进几种激素反应性癌症的进展，尤其是乳腺癌。
因此，对于绝经期女性学习和记忆减退的治疗，需要考虑寻找其它的有效治疗靶点。有研究报道系统性激活GPR30可以增强动物的空间记忆和社会认知功能，但其机制仍不清楚。
在该研究中，作者利用卵巢切除（OVX）小鼠模型来模拟绝经女性卵巢功能丧失，并且观察到激活GPR30能够改善OVX小鼠的记忆缺陷。为了确定GPR30通过哪种细胞来调节动物的学习记忆功能，作者构建了全脑GPR30敲除（Δ3102），以及特异性敲除星形胶质细胞GPR30（astrocyte-specific GPR30 KO, AG-KO）和神经元GPR30（neuron-specific GPR30 KO, NG-KO）的小鼠，结果发现雌性小鼠大脑星形胶质细胞GPR30的缺失会诱导动物学习和记忆缺陷。并且，星形胶质细胞GPR30的缺失会导致雌性小鼠海马星形胶质细胞的形态发生异常改变，并伴随星形胶质细胞生理功能的改变和神经元可塑性受损。
此外，为了排除GPR30缺失对动物脑发育的影响，作者还进一步利用条件性基因表达病毒来急性敲除雌性小鼠海马CA1区星形胶质细胞中的GPR30，结果表明CA1区星形胶质细胞GPR30的缺失会导致动物记忆功能受损和星形胶质细胞A1/A2表型失衡，诱导其向A1表型转变。
注：A1表型星形胶质细胞中上调的基因会破坏突触，因此A1表型星形胶质细胞被认为是有害的；相反，在A2表型星形胶质细胞中上调的基因包括许多具有保护作用的神经营养因子。
（星形胶质细胞形态的改变提示其生理活动的变化，作者在条件恐惧测试的训练阶段检测了小鼠海马CA1区星形胶质细胞的Ca2+信号，AG-KO雌性小鼠在受到足底电击后的Ca2+信号强度明显低于对照组，表明其功能受损。该实验作者采用了瑞沃德公司生产的光纤记录系统）
为了进一步阐明GPR30在星形胶质细胞功能中发挥作用的信号通路，作者利用高通量RNA-Seq对Δ3102, AG-KO和NG-KO雌性小鼠的海马组织进行了检测，一共鉴定出19个星形胶质细胞特有的差异表达基因。
其中作者重点研究了PJA1（一种E3泛素连接酶，与神经发育障碍有关），它在Δ3102和AG-KO小鼠中均显著且稳定地下调。在GPR30急性敲除的雌性小鼠海马中，过表达PJA1能够恢复星形胶质细胞细胞形态，促进星形胶质细胞由A1向A2表型转变，并且降低促炎细胞因子的水平，提示PJA1在雌性小鼠星形胶质细胞GPR30调控学习记忆的功能中起关键作用。
作者进一步在体外细胞实验中证实，GPR30能够通过CREB信号通路来正向调节星形胶质细胞中PJA1的表达，而PJA1则能够与下游的神经炎症相关分子Serpina3n（与认知密切相关）结合并对其进行降解。随后作者通过对GPR30敲除的转基因雌性小鼠海马组织进行检测，观察到GPR30和PJA1能够负向调节Serpina3n的水平，并且进一步发现在GPR30急性敲除的雌性小鼠海马中敲低Serpina3n能够挽救星形胶质细胞形态、促进星形胶质细胞由A1向A2表型转变，并恢复动物的学习和记忆功能。
这些结果表明PJA1介导的Serpina3n降解受损会导致星形胶质细胞活化和促炎细胞因子释放，从而损害雌性小鼠的突触可塑性，影响学习和记忆。
此外，作者还检测到绝经后女性血液外泌体中GPR30和PJA1的mRNA水平降低，而血浆中Serpina3n的水平升高。上述结果表明星形胶质细胞GPR30/PJA1/ Serpina3n信号通路在绝经期学习和记忆减退中起重要作用。
综上，该研究强调了星形胶质细胞GPR30在雌性小鼠学习和记忆中的关键作用，研究结果阐明了星形胶质细胞中GPR30/PJA1/Serpina3n信号通路调节雌性小鼠学习记忆的细胞分子机制。这些关于GPR30参与认知机制的发现将有助于确定新的策略来治疗围绝经期和绝经后女性的学习和记忆缺陷。
研究方法亮点
这项工作中揭示了星形胶质细胞中GPR30/PJA1/Serpina3n信号通路调节雌性小鼠学习记忆的作用机制。研究用到了动物手术造模、药理学、光纤记录、电生理记录、动物行为学评估、免疫荧光以及细胞分子检测等实验技术。
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此外，瑞沃德还可提供该研究所涉及的动物手术造模、药理学、电生理记录、动物行为学评估、免疫荧光以及细胞分子检测等实验技术完整解决方案。
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